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射频板调试的重要环节:芯片手焊工艺要点
2025年05月28日 09:23   浏览:228   来源:小萍子

射频芯片常使用QFN等无引脚封装,PCB焊接推荐使用回流焊工艺。然而在研发、返修以及小批量生产场合,需要手工焊接,须严格控制焊接工艺以确保芯片射频性能与可靠性。无引脚封装芯片不可使用电烙铁,也不推荐热风枪,建议使用热台从PCB背面加热焊接的工艺,同时尽量模拟回流焊工艺要求的温度曲线。


工艺流程

1

避免射频PCB错误工艺

射频PCB焊盘不可预先涂锡处理。
射频PCB通常对焊盘沉金或可焊接镀金处理,保质期内不需要预先涂锡处理,正确清洁与验证即可直接焊接。

  • 沉金焊盘金层(0.05~0.1μm)本身为优良的可焊表面,焊接时金会溶解到焊料中,暴露出镍层形成可靠金属间化合物(IMC)。

  • 沉金工艺已为焊接优化,额外涂锡反而可能引入以下问题:

    • 锡氧化:涂锡层暴露后易氧化(SnO₂),需更高活性焊膏或更强力助焊剂。

    • 阻抗影响:高频射频应用中,锡层厚度不均可能改变传输线阻抗(沉金表面更平整)。

    • 工艺冗余:增加手工涂锡步骤导致焊盘厚度不均,影响贴片精度,可能发生粘连。

2

准备工作

  • PCB预处理

    • 清洁PCB焊盘,确保无氧化或污染物(推荐使用异丙醇擦拭)。
    • 无引脚封装芯片PCB焊盘上不涂锡。
    • 在无引脚封装芯片焊盘底部散热焊盘及周边引脚焊盘上均匀印刷/点涂无铅焊膏(厚度建议0.1~0.15mm)。
  • 芯片处理

    • 检查芯片湿度敏感等级(MSL,如MSL3),若暴露时间超限(过期)需烘烤(125°C/2~4h)。
    • 轻拿轻放防静电,避免触碰引脚或焊盘,防静电手套操作。

3

芯片对位与固定

  • 使用高精度镊子或真空吸笔将芯片对齐PCB焊盘。
  • 可轻微按压芯片,利用焊膏黏性临时固定(避免过度施压导致偏移)。

4

热台参数设置

  • 不同焊料液相线(熔点)温度不同:
    • 无铅焊料(SAC305):217°C
    • 含铅焊料(Sn63/Pb37):183°C
    • 低温焊料(Sn42/Bi58):138°C
    • 温度曲线(参考JEDEC标准,无铅焊料为例):
      • 预热阶段:温度从室温升至150~180°C,升温速率 1~3°C/s(避免热冲击)。
      • 浸润(均热)阶段:温度升至接近液相线(如200~210°C),消除元件与PCB温差,减少热应力。
      • 回流阶段:温度超过液相线(≥217°C),达到峰值温度(如235~250°C),TAL时间控制为30~90秒。
      • 冷却阶段:降温速率 ≤4°C/s,避免焊点结晶不良或元件开裂。

    • 热台设置
      • 热台表面温度均匀性需≤±5°C(校准后使用)。
      • 将PCB 背面朝下平置于大热台中心,避免边缘受热不均;也可以用小焊台进行单个芯片焊接。

    5

    加热焊接

    • 参考ADI推荐温度曲线如下:
      • 无铅焊料液相线217℃
      • 峰值温度250℃

    图片

    • 启动热台,有条件的话实时监控PCB表面温度。
    • 当焊膏超过液相线(无铅焊料217℃)熔化(液态时间约20~40秒)后,用镊子轻触芯片边缘,确认其自动回正(表面张力作用)。
    • 保持峰值温度时间不超过数据表限值(如ADI芯片建议≤250°C/30秒)。

    6

    冷却与清洁

    • 关闭热台,待PCB自然冷却至80°C以下后再移动,避免焊点扰动。
    • 使用异丙醇清洁残留助焊剂,禁用酸性溶剂。

    7

    焊后检测

    • 目检:检查引脚有无桥接、偏移或焊膏不足。

    • 如果有条件进行X射线检测:重点观察底部散热焊盘的气孔率(要求≤20%)。

    • 电性能测试:验证射频参数(如S参数、插损)是否达标。

    关键注意事项

    1

    温度控制

    • 严格遵循温度曲线:
      • 避免局部过热导致芯片损坏(如内部键合线断裂)。
    • 峰值温度限制:
      • 射频芯片耐温通常≤250°C。

    2

    机械应力与静电防护

    • 零接触操作:焊接完成后避免按压芯片或PCB弯曲。

    • ESD防护:全程使用防静电工作台及工具。

    3

    返修限制

    • 同一位置返修次数≤2次,避免多次高温导致PCB分层或焊盘剥离。

    4

    保障射频性能

    • 阻抗连续性:
      • 确保散热焊盘接地极低阻抗,高频接地性能。
    • 焊点均匀性:
      • 虚焊或气孔可能导致信号反射,需严格检测。

    总结

    无引脚射频芯片焊接时,优选使用回流焊。研发测试、返修和小批量可使用热台焊接。PCB背面热台需精准控温,并严格检测焊点质量。核心在于温度均匀性与焊膏量控制,以确保射频性能与长期可靠性。



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